色谱仪色谱柱概述（三）
湿润性是指液体浸润固体表面的能力，这种能力通过接触角来衡量。接触角是指液体界面的切线与固体表面的夹角。当接触角为零时，液体完全湿润固体表面，易于涂渍成均匀的薄膜。反之，当接触角增大时，液体覆盖固体表面的能力降低，液体能否浸润固体表面取决于液体的内聚力和固体表面的能量。液体的内聚力用其表面张力表示，固体的表面能通过表面自由能表示。当液体的表面张力大于某一固体表面的临界表面张力时，此液体在固体表面上的接触角大于零。光滑干净玻璃的临界表面张力＜3×10ˉ4N/cm，大多数固定液的表面张力为5×10ˉ4N/cm，这说明大多数固定液对玻璃表面不湿润。要制作有效的毛细管柱，必须对普通玻璃管和石英玻璃管内表面进行粗糙化、化学和物理改性，使它们的表面能增大，提高临界表面张力。
1、毛细管柱内表面的粗糙化：
毛细管柱内表面的粗糙化方法有表面腐蚀法和表面沉积惰性微粒物质法。表面腐蚀法只用于普通玻璃毛细管柱，不适用于石英玻璃柱，因腐蚀后的石英玻璃柱壁太薄，易于脆断。
（1）表面腐蚀法：
1）氯化氢刻蚀法：
将干燥的氯化氢气体通入普通玻璃柱，用小火把柱两端封住，在300～400℃下加热3～12h， 可在毛细管柱内表面形成有规则排列的氯化钠晶体粗糙层。
2）氟化氢刻蚀法：
用氟化氢在高温下使普通玻璃表面形成二氧化硅晶须，其表面积是光滑玻璃的上千倍。一般不直接使用氟化氢气体，通常用2－氯－1，1，2－三氟乙基甲基醚或二氟化铵充满毛细管柱，把柱两端封住，然后加热一段时间，2－氯－1，1，2－三氟乙基甲基醚或二氟化铵放出氟化氢，使玻璃表面产生高密度须状物。晶须的粗细和长度取决于试剂浓度、温度和反应时间。刻蚀温度低于250℃不会形成晶须。刻蚀温度在400℃，试剂浓度在2%～10%，24 h后晶须生成完全。
（2）表面沉积惰性微粒物质法：
1）石墨化碳黑沉积法：
把石墨化碳黑制成胶体溶液涂渍在毛细管柱内表面，石墨化碳黑会牢固地粘附在柱内表面上，各种溶剂都冲洗不掉。
可适应各种类型的固定液，但是不能涂渍厚液膜的固定液。
2）氯化钠微晶沉积法：
将氯化钠制成饱和甲醇溶液，然后加入1，1，1－三氯乙烷或三氯甲烷，使之成为胶体溶液。将此溶液通过毛细管柱，待溶剂蒸发后再涂第二次，这样反复四次以上，zui后将毛细管柱加热至350℃保温1h。
3）碳酸钡沉积法：
在毛细管柱内表面涂以氢氧化钡溶液，然后通入二氧化碳气体除去溶剂，可在毛细管柱内表面生成碳酸钡层。
由于碳酸钡形成较强的活化点，去活困难，对某些固定液热稳定性差。
4）二氧化硅沉积法：
将SiO2粉末（＜1μm）在300℃加热3h，然后以CHCl3和二氧六环为溶剂配成6～8mg/mL SiO2混合液，超声1～1.5h使SiO2分散成均匀的悬浮液。将此悬浮液吸入用CHCl3湿润过的毛细管柱至10%柱长后，用N2流使悬浮液通过毛细管柱，再用低流速N2赶走溶剂即可完成SiO2涂层，达到覆盖表面活性基团和粗糙化的双重目的。
适合涂渍极性较大的固定液。
2、毛细管柱内表面的羟基化：
在毛细管柱内表面去活处理前，无论是普通玻璃柱还是石英玻璃柱都要经过酸处理，目的是使毛细管柱内表面增加硅醇基，在下一步的去活化中降低或消除玻璃种类的影响，从而制备出重现性好的毛细管柱。
（1）普通玻璃毛细管柱的沥取：
普通玻璃毛细管柱的沥取是用酸或碱把柱内表面的金属离子除去，使玻璃表面形成丰富的硅醇基。
碱沥取时玻璃表面被腐蚀形成多孔层，用酸沥取能得到较为平滑的表面，通常用酸沥取。在硫酸、硝酸、磷酸、草酸和盐酸中，盐酸效果zui好，不会在二氧化硅表层中留下残酸，合适的盐酸浓度为18%。
酸沥取玻璃表面是用氢离子取代金属离子，即将玻璃表层和表层上稍微深层的金属离子迁移出来。用负压法将酸溶液吸入毛细管柱中，然后把柱缓慢加热，使柱中的盐酸溶液溢流出一部分，待冷到室温后柱内有一段是空的，在真空条件下把柱两端封住，继续加热。在150℃达到中等程度沥取，若需深度沥取可加热到175℃。沥取后的毛细管柱应立刻进行洗涤，洗涤一般用0.2%～1%的盐酸或水，目的是除去浓盐酸溶液和沥取出来的金属离子。洗涤后的毛细管柱通以干燥N2，置于约250℃下保温2～4 h，使柱内的水汽和酸气彻底除去。
（2）石英玻璃毛细管柱的水热处理：
石英玻璃毛细管柱的水热处理是在高温下使柱内表面充分羟基化。石英玻璃柱因在高温下拉制，表面羟基含量很少，约0.2/nm2，这样少的羟基不易去活处理，水热处理后获得的丰富羟基对涂渍极性固定液十分重要。
通常采用酸进行处理。将2%的盐酸溶液充入毛细管柱至25%柱长后，以5cm/s的速度使盐酸溶液向前移动至柱另一端流出溶液，用丁烷/氧火焰把柱两端封住，再把毛细管柱放入恒温箱中在200℃保温6h。然后再一次充以2%的盐酸溶液至25%柱长后，以1cm/s的速度把盐酸溶液赶出毛细管柱，zui后将毛细管柱抽真空并在230℃保温1h。
3、毛细管柱内表面的惰性化：
毛细管柱内表面的粗糙化可使固定液液膜稳定，但也使柱内表面的活性增加，对一些固定液产生严重吸附。要制备一支柱效高、活性低、热稳定性好和保留值重复的毛细管柱，在填充前，无论是普通玻璃柱还是石英玻璃柱都要进行惰性化处理。目前应用的惰性化处理方法是使用有机聚合物和硅烷化试剂处理柱内表面，应用zui多的是后者。
（1）有机聚合物处理：
最早是使用聚乙二醇改性硅藻土色谱载体，后来用于改性毛细管柱内表面取得了很好的效果。一般认为去活机理是聚乙二醇在高温下产生环氧烷结构单元，然后开环与毛细管柱内表面的硅羟基发生键合反应，形成一层桥式结构的聚合物薄膜以掩蔽硅醇基的活性。聚乙二醇惰性化处理有静态法和动态法。
1）静态法：
静态法是将6%的聚乙二醇的二氯甲烷溶液充入毛细管柱，赶净溶剂后，将柱两端封住，放入恒温箱中在280℃保温2～4h，zui后洗去剩余的聚乙二醇。
2）动态法：
动态法是在载气的携带下将聚乙二醇蒸气与置于250℃的毛细管柱内表面反应12h。
（2）硅烷化试剂处理：
硅烷化是惰化毛细管柱内表面羟基活性zui有效的方法。其原理是硅烷化试剂的活泼基团与毛细管柱内表面的羟基反应，从而消除表面羟基的活性。zui早硅烷化去活是在常温下进行，经去活处理的毛细管柱要在低于250℃下使用。现在普遍采用高温硅烷化去活毛细管柱内表面，有静态法、动态法、聚硅氧烷高温降解法和全硅烷化等。
1）静态法：
将硅烷化试剂用N2以4～5cm/s的速度通过毛细管柱，试剂排出后将毛细管柱两端封住，缓慢升温（2～3℃/min）至300～400℃保持4～20h，再用甲苯和甲醇依次冲洗，N2吹干。
2）动态法：
把毛细管柱放在400℃炉中，将两端伸出炉外，一端置于含有硅烷化试剂的鼓泡器中，产生的蒸气通过干燥的N2将其循环流过毛细管柱，持续48h后将炉子冷却至200℃，移去鼓泡器，用干燥N2吹毛细管柱，以除去未反应的试剂。
动态法不常用。
3）聚硅氧烷高温降解法：
聚硅氧烷在300～400℃受热分解的部分产物与毛细管柱内表面的硅醇基键合形成一层高分子硅氧烷聚合层，达到去活的目的。
4）全硅烷化：
目前全硅烷化的去活机理没有一致的观点，如在高温下硅烷化试剂如何与石英玻璃硅醇基作用，在表面形成什么样的基团等问题，有不少争论。
常用的全硅烷化试剂有氯硅烷类、硅氨烷类、硅氧烷类和聚硅氧烷类等。
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